JP2006518812A5 - - Google Patents

Claims (25)

1. 互いに背向する第１及び第２の端部を有する電解セルであって、
   直流電力源に接続可能であり、かつ、水素が生成される陰極活性内表面と陰極外表面とを有する圧力閉込構造の管形状の陰極と、
   直流電力源に接続可能であり、酸素が生成される陽極活性外表面を有し、かつ、陰極の内側に配置されて該陰極とともに、陰極内表面と陽極外表面との間に位置する環状の電解液室を画成する陽極と、
   陰極と陽極との間の電解液室の内部に配置され、電解液室を陽極側副室と陰極側副室とに分割するとともに、ガスの流通は阻止するが、液体内イオンの流通は可能である管形状の分離膜と、
   それぞれ該セルの背向する第１及び第２の端部に配置され、電解液室をガスが流通しないようにシールする第１及び第２の気密シール部と、
   ガスの流動が可能な態様で電解液室と連通する、電解液室内で生成された水素ガス及び酸素ガスを排出するためのガス排出接続部とを含んでいる電解セル。
2. ガス排出接続部が、陰極側副室内で生成された水素ガスを、電解液室から、陽極側副室内で生成された酸素ガスと個別に排出するように、その寸法及び形状が設定されている、請求項１に記載の電解セル。
3. 陰極と分離膜と陽極とがすべて互いに同軸状に配置され、かつ、陰極内表面と陽極外表面と分離膜とがそれぞれ横断面でみれば環形状である、請求項１に記載の電解セル。
4. 陰極内表面と陽極外表面の比が、少なくとも約２：１である、請求項１に記載の電解セル。
5. 陰極側副室と陽極側副室の体積比が、少なくとも約２：１である、請求項１に記載の電解セル。
6. 陰極の外表面を取り囲んで該外表面と接触する、該外表面とは別体である圧力容器をさらに含んでいる、請求項１に記載の電解セル。
7. 陰極自体が圧力容器を含んでいる、請求項１に記載の電解セル。
8. 圧力容器をさらに含んでいて、該圧力容器が、少なくとも約１０ｐｓｉｇ（６．９×１０ ^４ Ｎ／ｍ ^２ ）でありかつ約１３０００ｐｓｉｇ（９．０×１０ ^７ Ｎ／ｍ ^２ ）以下である高められた圧力でガスを収容することができるようになっている、請求項１に記載の電解セル。
9. 上記気密シール部のうちの少なくとも１つが、
   陽極の一端に隣接して該陽極に付加された陽極シールカラーと、
   陽極シールカラーと陽極の上記一端との間において陽極に付加され、陽極シールカラーと係合する電気絶縁套管と、
   電気絶縁套管と係合するとともに、陰極の一端で該陰極に気密シールを施す端部接続部とを含んでいる、請求項１に記載の電解セル。
10. 電気絶縁套管が茶碗状に形成され、その内部に陽極収容カラーを収容する凹部を有していて、
    端部接続部が該端部接続部を通って伸びる縦穴を有し、電気絶縁套管と陽極の上記一端とが、縦穴内に収容されて端部接続部に付加されている、請求項９に記載の電解セル。
11. （ａ）それぞれ互いに背向する第１及び第２の端部を有する電解セルを複数含んでいる電解槽であって、各電解セルが、
    （ｉ）直流電力源に接続可能であり、かつ、水素が生成される陰極活性内表面と陰極外表面とを有する圧力閉込構造の管形状の陰極と、
    （ｉｉ）直流電力源に接続可能であり、酸素が生成される陽極活性外表面を有し、かつ、陰極の内側に配置されて該陰極とともに、陰極内表面と陽極外表面との間に位置する環状の電解液室を画成する陽極と、
    （ｉｉｉ）陰極と陽極との間に配置され、電解液室を陽極側副室と陰極側副室とに分割するとともに、ガスの通り抜けは阻止するが、液体内イオンの流通は可能である管形状の分離膜と、
    （ｉｖ）それぞれ該セルの背向する第１及び第２の端部に配置され、電解液室をガスが流通しないようにシールする第１及び第２の気密シール部と、
    （ｖ）電解液室内で生成された水素ガス及び酸素ガスを排出するためのガス排出接続部とを含んでいて、
    該電解槽がさらに、
    （ｂ）電解セルの各陰極側副室と第１のガス収集器との間に、ガスの流動が可能な態様で両者を連通させるように接続された第１のガス流れ通路と、
    （ｃ）電解セルの陽極側副室と第２のガス収集器との間に、ガスの流動が可能な態様で両者を連通させるように接続された第２のガス流れ通路とを含んでいる電解槽。
12. 各セルの陰極上の第１の電気コネクタと、各セルの陽極上の第２の電気コネクタとをさらに含み、
    第１及び第２の電気コネクタが、セルを直流電力源に接続して、各セルの陽極と陰極とを横切る方向に電圧降下を生成するようになっている、請求項１１に記載の電解槽。
13. １つ又は複数の電解セルを含んでいる電解槽を用いて電気分解を行い、圧縮された水素及び酸素を生成する方法であって、上記セルが、それぞれ、（ｉ）その内部に棒状の陽極が配置されている圧力閉込構造の管形状の陰極であって、陰極と陽極との間に環形状の電解液室を画成する陰極と、（ｉｉ）陰極と棒状の陽極との間において電解液室中に配置され、電解液室を陽極側副室と陰極側副室とに分割するとともに、両副室間のガスの流通を阻止する管形状の分離膜とを含んでいて、
    該方法が、
    （ａ）電解液室の両副室内に電解質水溶液を導入するステップと、
    （ｂ）セルの各陽極と各陰極とを横切る方向に直流電圧降下を生じさせて水を分解し、陰極に水素を生じさせるとともに陽極に酸素を生じさせるステップと、
    （ｃ）１つ又は複数の電解セルから水素と酸素とを個別に排出するステップとを含んでいる方法。
14. セルが圧力容器をさらに含み、少なくとも約１０ｐｓｉｇ（６．９×１０ ^４ Ｎ／ｍ ^２ ）である高められた圧力で水素と酸素とを生成するようになっている、請求項１３に記載の方法。
15. 高められた圧力が約１３０００ｐｓｉｇ（９．０×１０ ^７ Ｎ／ｍ ^２ ）以下である、請求項１４に記載の方法。
16. 高められた圧力が約５０００ｐｓｉｇ（３．５×１０ ^７ Ｎ／ｍ ^２ ）以下である、請求項１４に記載の方法。
17. セルから取り出される水素と酸素と間の圧力差を約０．２５ｐｓｉｇ（１７００Ｎ／ｍ ^２ ）以下に維持するステップをさらに含んでいる、請求項１３に記載の方法。
18. 上記圧力差を約０．１７ｐｓｉｇ（１２００Ｎ／ｍ ^２ ）以下に維持する、請求項１７に記載の方法。
19. 電解液と生成物である水素とを水素分離器に流入させるステップと、電解液と副生成物である酸素とを酸素分離器に流入させるステップと、水素分離器中及び酸素分離器中の電解液の各液位を検出するステップと、セルから取り出された水素と酸素との間の圧力差が約０．２ｐｓｉｇ（１４００Ｎ／ｍ ^２ ）以下に維持されるよう上記液位を制御するステップとをさらに含んでいる、請求項１３に記載の方法。
20. 電解液を、連続操作により電解槽を循環させるようになっている、請求項１３に記載の方法。
21. 電解質水溶液が水酸化カリウム水溶液である、請求項１３に記載の方法。
22. 電解槽が複数の電解セルを含んでいる、請求項１３に記載の方法。
23. １つ又は複数の電解セルから水素と酸素とを個別に排出する上記ステップが、排出された水素と電解液との混合物を陰極側副室から水素分離器へ導くステップと、排出された酸素と電解液との混合物を陽極側副室から酸素分離器へ導くステップとを含み、
    排出された水素と酸素との間の圧力差を維持するステップが、
    両電解液副室を互いに液体連通させるステップと、
    水素分離器と酸素分離器とにおける液体レベルの変化速度を制御して、排出された水素と酸素との間の圧力差を維持するステップとを含んでいる、請求項１７に記載の方法。
24. 上記セルから排出された水素と酸素との間の圧力差を、操作により約０．２ｐｓｉｇ（１４００Ｎ／ｍ ^２ ）以下に維持するようになっていて、上記操作が、
    両電解液副室を互いに液体連通させるステップと、
    水素分離器と酸素分離器とにおける液体レベルの変化速度を制御して、排出された水素と酸素との間の圧力差を維持するステップとを含んでいる、請求項１９に記載の方法。
25. 排出された水素と電解液との混合物を陰極側副室から受け入れる水素分離器と、
    排出された酸素と電解液との混合物を陽極側副室から受け入れる酸素分離器と、
    水素分離器と酸素分離器とにおける液体レベルの変化速度を制御して、排出された水素と酸素との間の圧力差を維持する制御手段とをさらに含んでいる、請求項１に記載の電解セル。